[发明专利]用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法，该方法包括：将天线阵元按照预置的排布规律设置在三维图形顶点上形成天线阵元之间的几何关系；根据天线阵元之间的几何关系将天线阵元划分为多个子阵列；对天线阵元统一进行相位激励，使得多个子阵列分别产生不同模态的涡旋电磁波以使每个子阵列辐射一个方向。根据本发明公开的方法及系统能够实现多个方位的信号覆盖，有效扩展了室内场景中OAM信号覆盖范围。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法及系统。

背景技术

轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）是独立于时间、频率等传统调制自由度的新型通信复用维度，理论上具有无穷维希尔伯特空间，具有提升系统容量和频谱利用率的潜力。携带轨道角动量的电磁波称为涡旋电磁波。涡旋电磁波具有独特螺旋相位和中空强度结构等特点。涡旋电磁波的产生是构建OAM系统的基础，高效、灵活产生多个模态涡旋电磁波则是轨道角动量技术迈向实际应用的关键。

OAM产生方法按照天线结构可分为三类：螺旋相位结构、阵列天线、超表面等。螺旋相位结构主要包括螺旋抛物面天线和螺旋相位板等器件。其中，螺旋抛物面天线是将普通抛物面天线进行机械加工后实现相位旋转。螺旋相位板是一块厚度相对中心成比例变化的透明板，通过控制波束波程差实现相位旋转。阵列天线以均匀圆形天线阵列（UniformCircular Array, UCA）为主，其中天线阵元馈电方式主要有相控和时控两种。超表面是一种单元结构远小于工作波长的人工周期结构，通过控制单元结构形态和分布调控产生螺旋相位。

综合目前现有OAM产生方法，发现各类OAM天线结构均基于二维平面设计，这使得OAM波束方向可调整性弱，仅能辐射单个区域面，信号覆盖范围严重受限，不利于OAM技术的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于，提供一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法，能够实现多个方位的信号覆盖，有效扩展了室内场景中OAM信号覆盖范围。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法，所述方法包括：将天线阵元按照预置的排布规律设置在三维图形顶点上形成天线阵元之间的几何关系；根据所述天线阵元之间的几何关系将所述天线阵元划分为多个子阵列；对所述天线阵元统一进行相位激励，使得所述多个子阵列分别产生不同模态的涡旋电磁波以使每个子阵列辐射一个方向。

在一些实施方式中，所述三维图形包括球形，所述将天线阵元按照预置的排布规律设置在三维图形顶点上形成天线阵元之间的几何关系，包括：将天线阵元设置为均匀分布在垂直于球形z轴的第一圆周和第二圆周上；根据第一圆周和第二圆周上设置的天线阵元构成均匀排布的子阵列。

在一些实施方式中，所述子阵列为八个，对所述天线阵元统一进行相位激励，使得所述多个子阵列分别产生不同模态的涡旋电磁波以使每个子阵列辐射一个方向，包括：将输入信号通过四功分器、移相器和八功分器生成三十二路具有相位激励的分路信号；将所述三十二路具有相位激励的分路信号反馈至八个子阵列，使得所述八个子阵列产生所述涡旋电磁波。

在一些实施方式中，所述三维图形包括立体八边形，所述将天线阵元按照预置的排布规律设置在三维图形顶点上形成天线阵元之间的几何关系，包括：将天线阵元设置为分布在垂直于球形z轴的第一圆周和第二圆周上；根据第一圆周和第二圆周上设置的天线阵元构成均匀排布的子阵列；其中，所述立体八边形包括上下表面的边长与立体八边形的高度相等的两个正八边形，侧面为八个正方形，两个正八边形的外切圆分别与第一圆周和第二圆周重合。